عناصر العبوة التي تؤثر على كفاءة شرائح LED لاستخراج الضوء LED - TV LED
Jun 11, 2018
تستخدم حزمة LED عامة نوع قوس ، راتنجات الايبوكسي ، الطاقة صغيرة ، تدفق مضيئة عموما ليست كبيرة ، يمكن استخدام سطوع عالية فقط بعض الإضاءة الخاصة. مع تطوير تكنولوجيا رقاقة LED وتقنية التعبئة والتغليف ، استجابة للطلب على منتجات LED ذات التدفق الضوئي العالي في مجال الإضاءة ، دخلت مصابيح LED القائمة على الطاقة تدريجيًا في السوق. هذا النوع من أنواع الطاقة LED بشكل عام يضع رقاقة إنبعاث الضوء على المشتت الحراري والمشتت الحراري ، ويتم تجميع العدسة الضوئية عليه لتحقيق توزيع مكاني بصري معين. تمتلئ داخل العدسة مع سيليكون مرنة منخفضة الإجهاد.
الصمام الطاقة لدخول مجال الإضاءة ، لتحقيق الإضاءة اليومية للعائلة ، وهناك العديد من المشاكل التي يتعين حلها ، وأهمها هو كفاءة مضيئة. وفي الوقت الحالي ، تبلغ أعلى كفاءة للكشافات التي تحدث عنها مصابيح LED في السوق حوالي 50lm / W ، وهو بعيد كل البعد عن متطلبات الإضاءة المنزلية اليومية. من أجل تحسين الكفاءة المضيئة لمصباح LED ، من ناحية ، تحتاج كفاءة رقاقة الإنبعاث الضوئي إلى التحسين ؛ من ناحية أخرى ، تحتاج تقنية التغليف لمصباح الطاقة LED إلى مزيد من التحسين ، بدءًا من الجوانب المختلفة مثل التصميم الهيكلي ، وتكنولوجيا المواد ، وتكنولوجيا العمليات لتحسين كفاءة تغليف المنتج.
ما هي عناصر التعبئة والتغليف التي تؤثر على كفاءة استخراج الضوء؟
تقنية تبديد الحرارة
بالنسبة إلى الثنائيات الباعثة للضوء المؤلفة من تقاطعات PN ، عندما يتدفق التيار الأمامي من تقاطع PN ، يكون لفصل PN خسارة حرارية ، وهذه الحرارة تشع إلى الهواء عبر المواد اللاصقة ، ومواد التنقيط ، وأحواض الحرارة ، وما إلى ذلك ، في العملية . بعض المواد لديها مقاومة حرارية تمنع تدفق الحرارة ، أي المقاومة الحرارية. المقاومة الحرارية هي قيمة ثابتة يحددها حجم الجهاز وبنيته ومواده. دع المقاومة الحرارية للضوء الباعث للضوء تكون Rth (° C / W) وقوة تبديد الحرارة تكون PD (W). في هذا الوقت ، الارتفاع في درجة حرارة تقاطع PN بسبب فقدان الحرارة الحالي هو:
T (درجة مئوية) = Rth × PD.
درجة حرارة الوصلة PN هي:
TJ = TA + ريفا × PD
حيث TA هي درجة الحرارة المحيطة. عندما ترتفع درجة حرارة الوصلة ، تقل احتمالية إعادة تشكيل تقاطع الإنبعاث PN ، وينخفض سطوع الصمام الثنائي الباعث للضوء. في نفس الوقت ، بسبب الزيادة في درجة الحرارة الناجمة عن فقدان الحرارة ، فإن سطوع LED لن يستمر في الزيادة بالتناسب مع التيار ، أي أنه سيظهر تشبعًا حراريًا. بالإضافة إلى ذلك ، عندما ترتفع درجة حرارة الوصلة ، فإن ذروة موجة الضوء سوف تتحول أيضاً إلى اتجاه الموجة الطويلة ، حوالي 0.2-0.3nm / ° C ، وهو الطول الموجي الأزرق لمصباح LED الأبيض الذي تم الحصول عليه عن طريق خلط الفوسفور YAG المطلي مع شريحة زرقاء. سوف يسبب الانجراف عدم تطابق مع طول موجة الإثارة من الفوسفور ، مما يقلل من الكفاءة المضيئة الشاملة لمصباح LED الأبيض ويسبب تغير في درجة حرارة اللون للضوء الأبيض.
بالنسبة لمصباح الطاقة ، يكون تيار القيادة عادة عدة مئات من الملليمترات أو أكثر ، والكثافة الحالية لتقاطع PN كبيرة جدًا ، لذا فإن ارتفاع درجة حرارة وصلة PN واضح جدًا. للتغليف والتطبيقات ، كيفية تقليل المقاومة الحرارية للمنتج ، بحيث يمكن أن تنبعث الحرارة المتولدة من تقاطع PN في أقرب وقت ممكن ، لا يمكن فقط تحسين تيار تشبع المنتج ، تحسين كفاءة الإضاءة للمنتج ، ولكن أيضا تحسين موثوقية والحياة للمنتج. من أجل تقليل المقاومة الحرارية للمنتج ، أولا وقبل كل شيء ، اختيار مواد التعبئة والتغليف مهم بشكل خاص ، بما في ذلك المصارف الحرارية والمواد اللاصقة ، الخ. المقاومة الحرارية للمواد منخفضة ، وهذا هو ، مطلوب التوصيل الحراري الجيد. ثانياً ، يجب أن يكون التصميم الهيكلي معقولاً ، ويجب أن تتم مطابقة التوصيل الحراري لكل مادة باستمرار ، ويجب أن يكون التوصيل الحراري بين المواد جيدًا لتجنب إختناق عنق الزجاجة في قناة التوصيل الحراري والتأكد من يتم تبديد الحرارة من الطبقة الداخلية إلى الطبقة الخارجية. في الوقت نفسه ، يجب التأكد من عملية تبديد الحرارة في الوقت المناسب وفقا لقنوات تبديد الحرارة المصممة مسبقا.
2. اختيار ملء الغراء
طبقًا لقانون الانكسار ، عندما يدخل الضوء الوسيط البصري الواضح من الوسط الكثيف بصريًا ، يحدث الانبعاث الكامل عندما تصل زاوية الحادث إلى قيمة معينة ، أي أن الزاوية الحرجة أكبر من أو تساوي الزاوية الحرجة. بالنسبة للرقائق الزرقاء GaN ، فإن مادة GaN لديها مؤشر انكسار يبلغ 2.3. عندما ينبعث الضوء من داخل البلورة إلى الهواء ، فإن الزاوية الحرجة θ0 = sin-1 (n2 / n1) وفقًا لقانون الانكسار.
حيث n2 تساوي 1 ، أي ، معامل الانكسار للهواء ، و n1 هو معامل الانكسار لـ GaN ، والذي يتم حسابه من الزاوية الحرجة θ0 لتكون حوالي 25.8 درجة. في هذه الحالة ، يمكن أن ينبعث الضوء فقط داخل الزاوية الصلبة المكانية مع زاوية الحادث ≤ 25.8 درجة. ووفقا للتقارير ، فإن الكفاءة الكمية الخارجية لشريحة GaN تبلغ حاليا حوالي 30 ٪ إلى 40 ٪. لذلك ، بسبب الامتصاص الداخلي لشريحة الكريستال ، فإن نسبة الضوء التي يمكن أن تنبعث من البلورة صغيرة جدا. وفقا للتقارير ، فإن الكفاءة الكمية الخارجية للرقائق GaN تتراوح حاليا بين 30 ٪ -40 ٪. وبالمثل ، يجب أن ينقل الضوء المنبعث من الرقاقة من خلال مواد التغليف إلى الفضاء ، ويجب أيضًا دراسة تأثير المادة على كفاءة الاستخراج الضوئي.
لذلك ، من أجل تحسين كفاءة إستخلاص الضوء لحزمة منتج LED ، يجب زيادة قيمة n2 ، أي زيادة معامل الانكسار لمواد الحزم لتحسين الزاوية الحرجة للمنتج ، وبالتالي تحسين الحزمة المضيئة كفاءة المنتج. في نفس الوقت ، امتصاص الضوء بواسطة مادة التغليف صغير. من أجل زيادة نسبة الضوء الصادر ، من المفضل أن يكون شكل الحزمة مقوسًا أو نصف كروي ، بحيث أنه عندما ينبعث الضوء من المادة المغلفة إلى الهواء ، فإنه يتم توجيهه تقريبًا بشكل عمودي إلى الواجهة ولا يولد بعدًا انعكاسًا كليًا.
3. معالجة التأمل
هناك جانبان رئيسيان لعملية التفكير. واحد هو عملية انعكاس داخل الرقاقة. والثاني هو انعكاس الضوء من مواد التغليف. من خلال كل من عمليات الانعكاس الداخلية والخارجية ، يتم زيادة نسبة الضوء المنبعث من الشريحة لتقليل الامتصاص الداخلي للرقاقة. تحسين الكفاءة المضيئة لمنتجات LED الطاقة. من منظور التغليف ، عادة ما يتم تجميع LED من نوع الطاقة على دعامة معدنية أو ركيزة مع تجويف عاكس. يتم استخدام التجويف العاكس من النوع القلاب بشكل عام لتعزيز التأثير العاكس للطلاء ، في حين أن التجويف العاكس القائم على الركيزة يكون مصقولًا بشكل عام. ستخضع الطرق للمعالجة بالطلاء الكهربائي ، لكن الطرق المذكورة أعلاه تتأثر بدقة وعملية القالب. إن التجويف العاكس بعد المعالجة له تأثير انعكاس معين ، ولكنه ليس مثاليًا. في الوقت الحاضر ، في الإنتاج المحلي من تجاويف عاكسة من نوع الركيزة ، يكون التأثير العاكس ضعيفًا نظرًا لعدم كفاية دقة التلميع أو أكسدة الطلاء المعدني. ويؤدي ذلك إلى امتصاص العديد من أشعة الضوء بعد إصابة المنطقة العاكسة ولا يمكن عكسها في السطح الباعث للضوء وفقًا للهدف المقصود ، مما يؤدي في النهاية إلى كفاءة استخلاص الضوء بعد أن يكون التغليف منخفضًا.
4. اختيار الفوسفور والطلاء
بالنسبة إلى مصابيح LED ذات الطاقة البيضاء ، ترتبط الزيادة في كفاءة الإضاءة أيضًا باختيار الفوسفور وعملية المعالجة. من أجل تحسين كفاءة الفوسفور لإثارة الرقاقة الزرقاء ، يجب أن يكون الاختيار الأول للفوسفور مناسبًا ، بما في ذلك طول موجة الإثارة وحجم الجسيمات وكفاءة الإثارة ، وما إلى ذلك. يجب أن يتم تقييمها بشكل شامل لمراعاة الخصائص المختلفة . ثانيًا ، يجب أن يكون طلاء الفوسفور متجانسًا ، ومن المفضل أن يكون سمك الطبقة اللاصقة على كل سطح ينبعث منه ضوء للضوء الباعث للضوء متجانسًا بحيث يمنع إنبعاث الضوء المحلي بسبب السُمك غير المتساوٍ ، وجودة يمكن أيضا تحسين بقعة الضوء.
إن التصميم الجيد لتبديد الحرارة له تأثير كبير على تحسين الكفاءة المضيئة لمنتجات LED بالطاقة ، وهو أيضًا شرط أساسي لضمان حياة المنتج وموثوقيته. بالنسبة لقناة انبعاث ضوئي جيدة التصميم ، يتم التأكيد على التصميم الهيكلي ، واختيار المواد ، ومعالجة العمليات للتجويف العاكس ، والغراء المملوء ، إلخ. هنا ، ويمكن تحسين فعالية انبعاث الضوء لمصباح LED من النوع . بالنسبة لمصابيح LED البيضاء من نوع الطاقة ، فإن اختيار الفوسفور وتصميم العملية ضروري أيضًا لتحسين الموقع وتحسين كفاءة الإضاءة.
